JPS61179540A

JPS61179540A - 酸化物エツチ処理法およびこれに用いるエツチヤント

Info

Publication number: JPS61179540A
Application number: JP21358985A
Authority: JP
Inventors: トーマス　デイ．ボニフイールド; モンテ　エイ．ダグラス
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1984-09-26
Filing date: 1985-09-26
Publication date: 1986-08-12
Anticipated expiration: 2009-07-27
Also published as: JPH0656844B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野１本発明は集積回路の製造に用いるエッチ処理法に関する
もので、とくに集積回路の製造プロセスにおけるシリコ
ン酸化物の選択的エッチ処理法に係わるものである。

［従来の技術１集積回路の製造においては、シリコンに対して優先的に
シリコン酸化物のエッチ処理を行なうことがきわめて頻
繁に必要とされる。　たとえば燐シリケートガラス（Ｐ
ＳＧ）やホウ素燐シリケートガラス（Ｂ　Ｐ　Ｓ　Ｇ）
等の層間誘電体層に、シリコンからなる層（たとえばモ
ートやポリシリコン層など）に到る接点開口部を形成す
るような場合には、このシリコン層に対して選択的にエ
ッチ処理を行なうことが必要である。

これまではシリコンに対して優先的に酸化物のエッチ処
理を行なうのに、フッ素欠乏プラズマを用いていた。　
この場合、該フッ素欠乏プラズマにおけるフッ素対炭素
の原子比は典型的には約２対ｌとし、ほかに少量（たと
えば５モル％ないしはそれ以下）の酸素を用いるのが普
通であった、　この酸素の量が多すぎると、その酸素成
分により炭素が一酸化炭素として排除されて、エツチン
グがフッ素リッチな領域内にまで進行し、このためシリ
コンおよびシリコン酸化物の双方がエッチ処理される結
果となる。　かくて従来提案されているように、０２添
加のＣＨＦ３等を化学物質を用い、０２の流量よりもＣ
ＨＦ３の流量をはるかに高くする等の方法が行なわれる
ことともなるのである。

しかしながら本発明は、このような従来の対処方法をま
ったく取らないものである。　その理由は、まず第１に
主たるフッ素源として３フツ化窒素を使用していること
（および好ましくは炭素含有成分をまったく含まないこ
と）と、第２にはエッチ用混合ガスの原子組成における
酸素の含有量がフッ素よりも多く、好ましいとされた実
際例の場合、酸素の流量を３７フ化窒素の流量のｌＯ倍
程度としていること等によるものである。　　３フツ化
窒素の使用は、ここ数年にわたって種々のプラズマエッ
チ法で試行されているが、少量の３フン化窒素を添加し
た酸素を主体とする混合ガスが、シリコンに対して酸化
物を優先的にエッチする作用を呈することを示唆した先
行技術はない。

さらにシリコンに対して酸化物を優先的にエッチするた
めの従来の各種方法には、残留物に関してそれらの方法
自体に特有の問題がある。　すなわち、露出領域に高分
子残留物が被着されるため、正確なマスフロー率やプロ
セスに用いる化学物質およびその条件等を慎重に調節す
ることにより、前記残留物の被着を起こすことなく良好
な選択性を得るのに必要な狭い範囲内に、これらの条件
を設定しなければならなくなるという問題である、　本
発明による酸化物エッチ処理法は前記のような残留物を
残すことがなく、この点において従来の方式に対してぃ
ちぢるしい利点をもつものである。

こうした利点はとくに接点のニー２チングに発揮される
ものであり、接点開口部の底部に残留物が被着されると
、接触抵抗が劣化するのみならず、パラメーターのバラ
ツキが犬きくなってプロセス制御の質が低下することと
なる。

上記の利点はさらに、ダイレクトモートアイソレーショ
ン方法を用いた場合に有利である。

この方法ではフィールド酸化物はパターン状に成長させ
る代りに、全面にわたって成長（または被着）された後
にパターン化してエッチするものであり、酸化物エッチ
処理によりこのフィールド酸　　　゛化物が除去されて
モートの露出面と接触するため、残留物の被着によりゲ
ート酸化物層に欠陥を生ずることはない。

［発明の目的］故に本発明の目的は、シリコンに対して優先的にシリコ
ン酸化物をエッチするエッチャントを提供することにあ
る。

本発明の第２の目的は、シリコンに対して優先的にシリ
コン酸化物をエッチするとともに、残留物の被着を生じ
ないエッチャントを提供することにある。

本発明の第３の目的は、金属珪化物に対して優先的にシ
リコン酸化物をエッチするエッチャントを提供すること
にある。

本発明の第４の目的は、珪化物に対して優先的にシリコ
ン酸化物をエッチするとともに、残留物の被着を生じな
いエッチャントを提供することにある。

３フツ化窒素に酸素を組み合わせて用いることには驚く
べき利点があり、とくに従来いわれているのとは逆に、
シリコンに対する酸化物の選択性を驚異的に高めるもの
である。　この種の従来の理論としては、たとえばＶ、
Ｍ、）；ネリ、Ｄ。

Ｌ、フラム、Ｗ、Ｃ，トートレモン・スミスおよびり、
Ｊ、ワーダー（ジャーナル・オブφアプライドフィジッ
クス、　５５．　２４２．１９８４年）によるものがあ
る、　ちなみに、上記３フツ化窒素と酸素の混合ガスを
用いたときには、たとえば単結晶シリコンに対して燐シ
リケートガラスを優先的にエッチする場合、その選択性
は１２対１となり、またＰ型多結晶シリコンに対して燐
シリケートガラスを優先的にエッチする場合の選択性は
１３対１となる。　なお、シリコンに対するプラズマ酸
化物の選択性は２．２対１である。

このように１本発明教示の、酸素添加３フツ化窒素化学
物質は、残留物の被着を本来的に生じにくいものであり
、この点で、実質的に利点を有している、上記のようなエッチガスの著しい特徴は、フォトレジス
ト等の有機材料に対する反応性が高いことである、　　
このことは多くの場合に不利であり、はとんどの適用例
ではハードマスクプロセスを採用することが要求される
。

未発明は上記の如く選択性が高いことが示すように、エ
ッチすべき酸化物を燐シリケートガラス（以下ＰＳＧと
いう）またはホウ素燐シリケートガラス（以下ＢＰＳＧ
という）とした場合にもっとも効果的であり、さらに上
記３フツ化窒素に代えて１等量のＣＦ４　、　Ｃ２Ｆら
、Ｂ　Ｆ３．Ｓ　ｉ　Ｆ４．ＳＦ４またはこれらの混合
物を用いることとしてもよい。

［問題点を解決しようとするための手段］かくて本発明
は、集積回路積層体のシリコン酸化物のエッチ処理を行
なうにあたって。

シリコン酸化物を含む誘電体を表面に有する完成途上の
集積回路ａ屠体を用意し。

前記誘電体をパターン化ハードマスクにより部分的に被
覆し。

酸素とＮ　Ｆ３　、ＣＦ４．、Ｃ２，Ｆ乙、Ｂ　Ｆ３　
、Ｓ　ｉ　Ｆ４゜ＳＦ４　およびこれらの混合物から選
んだ過フッ素化合物と酸素の両者を含むガス中で前記集
積回路積層体をプラズマに接触させ、このプラズマに対
する添加ガスは前記過フッ素化合物よりも前記酸素の含
有量を多くしたことを特徴とするエッチ処理方法を提供
するものである。

［実施例１次に本発明の実施例を１片持ち（カンチレバー）エッチ
マスク法につき説明する６　この片持ちエッチマスク法
においては９本発明による酸化物エッチを用いて、まず
パターン化ポリシリコンバートマスク下で有機物のスペ
ーサ層に対するアンダーカットを行ない、さらにこの有
機物スペーサ層の下部でＰ２Ｏ層のエッチ処理を行なう
。

ただし本発明は、このような集積回路製作プロセス以外
の各種プロセスにも適用しうるものであることはいうま
でもない。

以下１図面を参照して本発明の実施例につき説明する。

なお以下に説明するプロセスは、厚さ１０００オングス
トロームのプラ、ズマ促進ＣＶＤ酸化物の厚膜上で、厚
さ１ミクロンのＰ２Ｏ層に接点開口部を掘削することを
目的とするものである。

図では、この合成多層酸化物積層体（マルチレベルオキ
サイド）を符号１０で示す。

本発明の実施例においては次に、厚さ約３ミクロンのＡ
　Ｚ　　１４００−３ルジストをスピンコーティングし
た後、１８０℃でベーク処理することによりスペーサ層
１２を形成する。　ついでこのスペーサ層１２の上面に
、厚さ約５０００オングストロームのプラズマ促進ＣＶ
Ｄシリコンハードマスク層１４を被着した後、最上層と
してのフォトレジスト層の被着、露光、現像およびポス
トベーク処理を行なう、（なおこの場合、前記スペーサ
層レジストが上記プラズマ促進ＣＶＤシリコン層の下部
で「泡立ち」を生じないよう、フォトリソグラフィー処
理工程以前にホットプレートプリベーク処理を行なうの
は避けるのがよい、）　この最上層たるレジスト層は、
上記スペーサ層１２およびシリコンハードマスク層１４
により良好な平坦度が得られているため、これをきわめ
て薄い層としてよく、たとえばＡ　Ｚ　　１４００−１
７等のフォトレジストを用いた場合は、その厚さをｅｏ
ｏｏオングストロームとすることができる。

次に異方性シリコンエッチを用いて、前記最と層たるフ
ォトレジスト層により画定されたマスクニ従って、前記
シリコンハードマスク層１４を掘削する。　この場合に
用いるエッチは、たとえばフレオン１２等のエッチ剤を
使用する通常のエッチ方式としてよい。

ついで本発明の主たる特徴であるエフチェ程を開始する
。　本例においては、このためにはまず、複数枚のスラ
イスを反応性イオンエツチングリアクタ内に壜入する。

　ここに用いるリアクタとしては、たとえばＡＭＥ　８
１１０リアクタを使用して１０００ワットの電力を１３
．５８メガヘルツで供給する。　炉内の混合ガスは、酸
素ガスを流速１０１００５ｃで、また３フツ化窒素を流
速１０　ｓｅｃ■で。

全体のガス圧が１００　ミクロン（すなわち１００　ミ
リ丁ａｒｔ）となるように流す、　またエッチ温度は好
ましくは周囲温度よりもわずかに低い温度、たと　　　
　４えば１５℃となるようにこれを冷却する。　ただし
この冷却は必ずしも必要でないが、レジストからの総ガ
ス抜は量を最小限とするのに役立つ。

前記のりアクタＡ　Ｍ　Ｅ　８１１０の場合、上記電力
密度は、１平方センチにつき約１５０ミリワットに相当
する。　型式の異なるリアクタ間で処理条件を変更する
にあたって電力密度を算定するための別の方法は、単位
体積あたりの電力を算出することであり、たとえば上記
ＡＭＥ　８１１０の場合。

その容積は約　１５０リー、トルであり、従ってプラズ
マ雰囲気中の単位体積あたりの電力は、およそ１リット
ルあたり６．５　ワットとなる。

後述するところから理解されるように１本方法はいずれ
かといえば低圧エッチ方式であり、さらにリアクタの陽
極領域と陰極領域とはひとしくなく、かくて該リアクタ
はいわゆるＲＩＥ（反応性イオンエツチングモード）方
式として一般に知られる方式のリアクタである。

本発明によるエッチ処理方法は、限時エッチ方式として
、すなわち例えば上記のような配置を用いた場合には、
２４枚のスライスを処理するのにその処理時間を７５分
とするようにして、これを行なう、　　この場合、エッ
チ処理によって露出したシリコンの小さな領域が全領域
にくらべてきわめて小さいことと、シリコンのハードマ
スクがいかにしてもプラズマに曝されることとなるため
９反応の終点を検出することは不可能である。　またこ
のエッチ処理方法は、積層体ｌＯの接点開口部のエッチ
に対して好ましくは３０％となるように２工　　　　１
ツチ処理を行なうようにする。　ただし９本方法は単に
限時エッチ方式であって終点検出型のエッチ方式ではな
いが９時間の設定は比較的影響が少ないことが判明して
いる。

本発明についてさらに行なったテストにおいて、モート
（すなわちシリコン基板）および上部ポリシリコン層に
対して同時に接点開口部のエッチを行なって、上部ポリ
シリコン接点領域をモート領域よりもほぼ１ミクロン薄
いレジスト層により被覆した。　エッチ処理工程はこれ
を時限方式で行なって、モート領域が最適となるように
エッチ処理したところ、ポリシリコン接点領域かはなは
だしくオー／ヘーエッチされた。　しかしながら、接点
領域では何らの差異も見られなかった。

本実施例の場合は使用ガス全体のガス圧を１００ミクロ
ンとしているが、この全体のガス圧はこれを大幅に変更
することができ、たとえば少なくとも３０ミクロンから
５００　ミクロンの範囲にわたって、あるいは場合によ
ってはより広い範囲でこれを変更してもよい、　いずれ
にせよこの全体のガス圧は９本発明による方式を用いる
プロセス自体の異方性にかかわる要求条件を満たすよう
に、これを選定するのが普通である。　この点９本発明
は各種形式のプロセスに適切な異方性特性を得るのに有
利である。

使用する３フツ化窒素の量が過剰であると。

前記シリコンハードマスク１４がエッチされたり。

あるいは少なくともピットの形成を招くこととなる。　
　また逆に３７フ化窒素をまったく使用しない場合には
、適切なＭＬＯ（多層酸化物）エッチを行なうことが不
可能であり、純粋な酸素プラズマでは酸化物の掘削をす
みやかに行なうことができない、　かくてエッチ用混合
ガス中における３フツ化窒素の流量範囲は好ましくは２
５ｃｃｒａ以上とするが、ただし使用する酸素の流量よ
りもこれを低い値とすることが必要である。

３フツ化窒素は異方性酸化物エッチのフッ素源となるの
みならず、残留物の除去にもあずかって力があるように
見受けられる。　たとえば先に述べた片持ちエッチマス
ク法の例では、前記有機物のスペーサ層が炭素源となっ
ており、３フツ化窒素の使用量をゼロとすると残留物の
被着が生ずるが、これに対して３フツ化窒素をわずか数
ｓｃｃｍの流速で流しただけで、そのような被着は生じ
ない、　従って９本例においては３フツ化窒素を唯一の
フッ素含有成分として用いているが、所望ならばさきに
列記したようなその他各種の過フッ素化合物、あるいは
それら化合物の混合物を使用してもよい、　ただし混合
物として用いる場合には、当該混合物全体中における酸
素の原子量が、フッ素の原子量より大きく、好ましくは
少なくとも４倍は大きくなるようにすることが必要であ
る。

一方、酸素の流量は好ましくはこれを１００５ｃＣｆｆ
ｉとするが、所望ならばｌＯないし１０００ＳＣＣＩ１
１ノ範囲内としてもよい、　ただしこの酸素の流量は。

これをとくに３０ないし２００ＳＣＣ１１とするのが望
ましいさらに電力の面積密度については、これを１平方センチ
あたり０．１５ワットとするのが好ましいが、冷却用電
力の供給量さえ十分であれば０．０１５ワットないし１
．５　ワットの範囲もしくはそれ以外でもよい。

さきに述べたように９例えば３フツ化窒素と酸素の混合
ガスを用いた場合には、単結晶シリコンに対して燐シリ
ケートガラスを優先的にエッチする場合、その選択性は
１２対１となり、またＰ型シリコンに対して燐シリケー
トガラスを優先的にエッチする場合の選択性は１３対１
となる。　さらに、無注入ポリシリコンに対するＰＳＧ
の選択性は約１１対ｌであり、プラズマ酸化物に対する
ＰＳＧの選択性は５，６対１である。　このように９本
発明は各種のシリコン含有物質（結晶シリコンやポリシ
リコン、あるいは金属珪化物など）に対して、ＰＳＧや
ＢＰＳＧを選択的にエッチするのに特に有利である。

さらに先に述べたように１本発明において用いるエッチ
ガスの著しい特徴は、フォトレジスト等の有機材料に対
する反応性が高いことであって、これは多くの場合に不
利であり、はとんどの適用例ではハードマスクプロセス
を採用することが要求される６　　しかしながらまさに
この特徴が。

片持ちリソグラフィー法を用いて濃度断面の傾斜した酸
化物のエッチ処理を行なう上では、好都合となるもので
ある。

とくにポリシリコンバートマスクは各種のプロセスとプ
ロセスコンパチブルでり９本発明を実施するにあたって
はポリシリコンバートマスクを使用するのがもっとも好
ましい、　このポリシリコンバートマスクは、前述の実
施例におけるように該ハードマスク下面の平坦化層と組
合させるのがよい。

前記スペーサ層１２の組成は、これを各種の平坦化用高
分子物質から選定することができるが。

ただしポリ（メチルメタクリレート＝ＰＭＭＡ）はこの
種の層としてはまったく不適当であり、ノボラック系の
フォトレジストの方がはるかに適当である。　概してい
えばフォトレジストとしては、ＡＺ系のレジストにあっ
てＰＭＭＡにはない安定な芳香族化合物を含むものの方
が、適当であると思われる。

かくて本発明は、シリコンまたは珪化物に対して、シリ
コン酸化物を優先的にエッチする新規なタイプのエッチ
剤を提供するものである。

以上本発明の実施例につき説明してきたが。

本発明による方法およびエッチ剤はこれら実施例に限定
されるものでなく、記載の実施例に適宜各種の追加ない
し変更を加えてもよいことはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

図は大発明による方法を用いた片持ちエッチマスク法に
より接点開口部を形成中の積層体を示す図である。１０、、、合成多層醜化物積層体。１２、、、スペーサ層。１４１２．シリコンハードマスク層。出願人　　　　テキサスインスツルメンッ・インコーポ
レイテッド図面の浄８（内容に変更なし）Ｆｉｇ、／手続補正書（方式）％式％２　発明の名称酸化物エッチ処理法およびこれに用いるエッチャント３
　補正をする者事件との関係　特許出願人住　所　アメリカ合衆国テキサス州、ダラス　ノースセ
ントラル　エクスプレスウェイ　１３５００４代理人〒
１５０

Claims

【特許請求の範囲】

（１）シリコン酸化物を含む誘電体を表面に有する完成
途上の集積回路積層体を用意し、前記誘電体をパターン化ハードマスクにより部分的に被覆し、酸素とＮＦ＿３、ＣＦ＿４、Ｃ＿２Ｆ＿６、ＢＦ＿３、
ＳｉＦ＿４、ＳＦ＿６およびこれらの混合物から選んだ
組成物とをいずれも含むガス中で前記集積回路積層体を
プラズマに接触させ、その際該プラズマに対する添加ガ
スは前記組成物よりも前記酸素の含有量を多くしたこと
を特徴とする集積回路積層体のシリコン酸化物エッチ方
法。
（２）前記プラズマは全体のガス圧が３０ミクロンない
し５００ミクロンのガス中でこれを発生させてなる特許
請求の範囲第１項に記載の酸化物エッチ方法。
（３）前記プラズマは前記酸素を前記組成物の４倍以上
含有してなる特許請求の範囲第１項に記載の酸化物エッ
チ方法。
（４）前記プラズマは１平方センチあたり１ないし０．
０５ワットの範囲の面積密度で電力を印加することによ
りこれを生成させることとしてなる特許請求の範囲第１
項に記載の酸化物エッチ方法。
（５）前記プラズマはリアクタの反応室内で前記完成途
上の集積回路積層体の近傍において、１リットルあたり
１ないし１０ワットの容積密度で電力を前記ガス中に供
給することによりこれを生成させることとしてなる特許
請求の範囲第１項に記載の酸化物エッチ方法。
（６）前記ハードマスクは実質的にポリシリコンからな
ることとした特許請求の範囲第１項に記載の酸化物エッ
チ方法。
（７）前記誘電体は実質的に燐シリケートガラスからな
ることとした特許請求の範囲第１項に記載の酸化物エッ
チ方法。
（８）前記ハードマスク層はシリコンからなることとし
てなる特許請求の範囲第１項に記載の酸化物エッチ方法
。
（９）前記誘電体はホウ素燐シリケートガラスからなる
こととしてなる特許請求の範囲第１項に記載の酸化物エ
ッチ方法。
（１０）集積回路に接点を製作するにあたって、シリコ
ン酸化物を含む誘電体を表面に有する完成途上の集積回路積層体を用意し、前記誘電体にシリコンからなるハードマスク層を被着し、前記ハードマスク層を所定のパターンでエッチすることにより、該ハードマスク層の複数の所定接
点位置に開口部を形成し、酸素とＮＦ＿３、ＣＦ＿４、Ｃ＿２Ｆ＿６、ＢＦ＿３、
ＳｉＦ＿４、ＳＦまたはこれらの混合物から選んだ組成
物とをいずれも含むガス中で前記集積回路積層体をプラ
ズマに接触させ、その際該プラズマに対する添加ガスは
前記組成物よりも前記酸素の含有量を多くするようにし
、さらにパターン化した導体を被着することにより、前記接点開口部を相互に接続して所定の回路構
成としたことを特徴とする集積回路に接点製作方法。
（１１）シリコンに対してシリコン酸化物を選択的にエ
ッチするエッチャントにおいて、（ａ）酸素とＮＦ＿３、ＣＦ＿４、Ｃ＿２Ｆ＿６、ＢＦ
＿３、ＳｉＦ＿４、ＳＦ＿６またはこれらの混合物から
選んだ組成物とからなるガス中のプラズマを含み、（ｂ）前記ガス中の酸素の原子量は、前記組成物中のフ
ッ素の原子量よりもこれを多くしたことを特徴とするエ
ッチャント。
（１２）前記ガス中の酸素の原子量は、前記中のフッ素
の組成物の原子量よりも少なくとも４倍はこれを多くし
た特許請求の範囲第１１項に記載のエッチャント。
（１３）前記酸素の流量はこれを１０ないし１０００ｓ
ｃｃｍの範囲内とした特許請求の範囲第１１項に記載の
エッチャント。
（１４）前記酸素の流量はこれを１０ないし１０００ｓ
ｃｃｍの範囲内とした特許請求の範囲第１２項に記載の
エッチャント。
（１５）前記酸素の流量はこれを３０ないし２００ｓｃ
ｃｍの範囲内とした特許請求の範囲第１１項に記載のエ
ッチャント。
（１６）前記酸素の流量はこれを３０ないし２００ｓｃ
ｃｍの範囲内とした特許請求の範囲第１２項に記載のエ
ッチャント。